(57)【要約】【課題】ランプの光量が低下したときに測定に必要な光量が確保できないため、測定システム内にランプの光量低下量を測定するためのシステムを構築し、低下量に応じて光源の透過率をコントロールすることで測定に必要な光量を確保し、測定を継続する。【解決手段】光路に反射鏡を装備し、ＣＣＴＶカメラの映像信号を利用して、ランプの光量低下量を測定する。また、画像処理ユニット内に照明装置の照度特性を記憶しておき、その情報を利用して、測定に必要な光量が得られるよう照明装置の光量を制御する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランプからの光を測定対象に照射し、その撮像結果に基づいて前記測定対象の線幅を測定する線幅測定装置であって、前記測定対象の撮像のための光路に設けられ、前記ランプからの光を反射する光反射手段と、前記光反射手段による反射光の光量に応じて前記ランプから前記測定対象に照射される光の光量を制御する光量制御手段とを含むことを特徴とする線幅測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は線幅測定装置に関し、特にガラス等透明な基板上に形成されたパターンに光を照射して、顕微鏡を介して得られるパターン像を、ＣＣＤ（Charge  Coupled  Device）等の撮像素子を使用したカメラで撮像した画像を画像処理して寸法を測定する線幅測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＴＦＴ（Thin Film Transistor）基板の製造工程では、線幅測定装置が使用される。この線幅測定装置の構成例について図６を参照して説明する。図６は、ガラス等透明な基板上に形成されたパターンに透過照明若しくは反射照明を照射し、顕微鏡を介して得られるパターン像を、ＣＣＤ等の撮像素子を使用したカメラで撮像した画像を画像処理して寸法を測定するためのＬＣＤ（Liquid  Crystal  Display）線幅測定装置の構成例を示す概略図である。
【０００３】
同図において、本例の線幅測定装置は、ＣＣＤ等の撮像素子を備えたＣＣＴＶ（Closed-circuit  Television）カメラ１と、自動調光アダプタ２と、直筒３と、投光管４と、レボルバ５と、対物レンズ６と、測定対象へ照射する光を導くライトガイド７と、測定対象である試料を搭載するための試料台８と、ＣＣＴＶカメラ１による撮像結果である映像信号をモニタで表示可能なフォーマットに変換する画像処理ユニット１０と、ＣＣＴＶカメラ１による撮像結果を表示するためのモニタ１１と、試料台８に照射する光を発する反射照明光源ユニット１２とを含んで構成されている。なお、試料台８には線幅測定対象である試料９が載置される。反射照明光源ユニット１２には、絞り板１３と発光源であるランプ１４が内蔵されている。
【０００４】
ランプ１４から発せられた光は、絞り板１３を通り、反射照明光源ユニット１２から射出される。絞り板１３は、光の透過率を段階的に変更することができるので、絞り板１３を制御することにより、反射照明光源ユニット１２から出力される光の明るさを変更することができる。
【０００５】
また、直筒３、投光管４、レボルバ５、対物レンズ６によって、顕微鏡が構成されている。なお、ビームスプリッター、ハーフミラー等、反射照明等に用いられる他の光学部品は周知であるため説明と図示を省略した。また、画像処理ユニット１０は、例えば、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａl  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等であり、ＣＣＴＶカメラ１が取得した画像を処理して線幅測定を行う。この他、画像処理ユニット１０は、線幅測定のために、ＬＣＤ線幅測定装置全体を制御する。なお、制御するための制御信号や制御情報取得のための配線についての図示は省略している。
【０００６】
図６において、反射照明光源ユニット１２の射出口から出力される光は、ライトガイド７、投光管４、及び、対物レンズ６を通り、試料台８上に搭載された試料９に照射され、反射照明として用いられる。測定用のＣＣＴＶカメラ１は、顕微鏡で拡大されたサンプルの画像を撮像し、画像処理ユニット１０に出力する。
【０００７】
画像処理ユニット１０は、撮像されたＣＣＴＶカメラ１の画像を取込み、その画像の輝度波形をモニタ１１に表示する。画像処理ユニット１０には、測定に必要なパラメータを設定する機能がある。例えば、自動調光アダプタ２を制御し、自動調光アダプタ２から測定用のＣＣＴＶカメラ１の撮像素子（ＣＣＤ）に届く光量が規定量の値になるよう調整する。反射照明光源ユニット１２から照射される光は、対物レンズ６で集光されスポット状の光が試料台８上に搭載された試料９に照射されることになる。
【０００８】
試料９が集光された光のエネルギーに耐えられない場合、試料９にダメージを与えることになる。それを防ぐ目的で、反射照明光源ユニット１２に内蔵された、絞り板１３を画像処理ユニット１０からの指令値によって制御し、透過率を変更することで、反射照明光源ユニット１２から出力される光量を下げ、対物レンズ６で集光される光のエネルギーが試料９にダメージを与えない照度に設定し、その状態で測定が可能な映像信号の白レベルのピークを０．７Ｖ以上になるよう、ＣＣＴＶカメラ１のカメラ感度を調整しておく。
【０００９】
ところで、特許文献１では、測定対象からの反射光を利用して線幅を測定している。また、特許文献２では、測定対象に対する透過光および測定対象からの反射光を利用して線幅を測定している。
【００１０】
ここで、図７を参照して、反射光を利用した、測定試料の線幅の測定の原理について説明する。図７の（ａ）は測定試料であり、ガラス基板上にパターン５０が形成されている。このパターン５０に、光の走査線Ｌｉを照射して、パターン５０の線幅を測定する。
【００１１】
図７の（ｂ）はカメラによる走査線Ｌｉで測定試料のガラス基板およびパターン５０を横切った場合に得られる輝度波形である。輝度分布における最大輝度レベル５１を１００％とし、最小輝度レベル５２を０％とし、中間の輝度レベル５０％の輝度レベル５３に相当するａ番目の画素とｂ番目の画素間の位置差をＮａｂとする。またカメラの測定倍率とカメラから測定試料までの被写体距離により決まる係数をｋとする。このとき測定試料のパターン５０の線幅Ｘは、次式（１）で求めることができる。
Ｘ ＝ ｋ × Ｎａｂ …（１）
ここで、測定対象に対する透過光および測定対象からの反射光を利用した、測定試料の線幅の測定について説明する。図８は、測定試料を、反射光及び透過光で照明した場合に得られる輝度波形について説明するための図である。
【００１２】
図８において、測定試料はガラス３１上に形成されたメタルパターン（無透過）３２からなる。実際にメタルパターン（無透過）３２の線幅を反射照明および透過照明を同時に点灯して測定する際は、反射照明および透過照明を同時に点灯して行うが、原理説明のため、反射照明のみにより得られる輝度波形と、透過照明のみにより得られる輝度波形とに分けて説明する。また、実際にも、上述したように反射照明だけで測定するケースや、透過照明だけで測定するケースもある。
【００１３】
反射照明のみの場合、（ａ）に図示のように、メタルパターン（無透過）３２側を、図示していない反射光源からの反射光３３で照明すると、測定試料で反射した反射光が、測定試料の上方に位置する、図示していない自動調光アダプタ内のＮＤ(Neutral Density)フィルタ（連続的に透過率が変わるフィルタ）を経由して、図示していないカメラに入射する。該カメラの出力として得られる輝度波形３４は（ｂ）となり、その輝度波形３４のピークが規定値（映像信号０．７Ｖ）となるように、上記自動調光アダプタ内のＮＤフィルタを調整する。
【００１４】
また透過照明のみの場合、（ｃ）に図示のように、ガラス３１上のメタルパターン（無透過）３２が形成された側と反対側を、図示していない透過光源からの透過光３５で照明すると、測定試料を透過した透過光が、測定試料の上方に位置する上記自動調光アダプタ内のＮＤフィルタを経由して上記カメラに入射する。上記カメラの出力として得られる輝度波形３６は（ｄ）で、その輝度波形３６のピークが規定値（映像信号０．７Ｖ）になるように、上記透過光源からの透過光３５を調整する。
【００１５】
したがって、（ｅ）に図示のように、反射光３３および透過光３５を同時に点灯の場合は、上記カメラの出力として得られる同時点灯時輝度波形３７は、（ｆ）に図示のようになる。すなわち、（ｂ）と（ｄ）との合成で、反射光３３によるピークと透過光３５によるピークが同じ規定値（映像信号０．７Ｖ）で、反射光によるピークとメタルパターン（無透過）３２の傾斜部分に基づく溝のボトムとの間のコントラスト、および該溝のボトムと透過光によるピークとの間のコントラストは同じで、メタルパターン（無透過）３２の傾斜部分の形状に応じた輝度波形を得ることができる。
【００１６】
なお、透過光源は、透過照明に用いられるレンズにより、集光される光は、対物レンズによるスポット径よりも大きく、試料にダメージを与えることはなく、照明の光量を抑制する必要はない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００３−２７９３１８号公報
【特許文献２】特開２００６−１９４５９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
一般に知られているように、ランプは、点灯時間と共に明るさが低下する。このため、時間が経過すると測定に必要な光量（例えば、白レベルのピーク０．７Ｖ）が得られない。また、使用環境によっては、ランプ１４が大気中の物質と化学反応を起こしランプ１４から発生する光量が著しく低下することがある。背景技術において説明した線幅測定装置では、絞り板１３による光の透過率を、対物レンズ６の倍率に合わせて固定で用いていた。このため、ランプ１４の光量が低下すると、測定に必要な光量が得られず、測定不可能になっていた。
【００１９】
ＬＣＤ基板の線幅測定装置で使用されている反射照明光源ユニット１２は、２０００時間の点灯時間で初期照度から４０％光量が低下する。ＣＣＴＶカメラの感度は、初期照度で、対物レンズで集光される光が、試料にダメージを与えない照度で測定が行える設定としているため、ランプの光量低下により測定に必要な光量が得られず、測定を継続することができない。
【００２０】
本発明は上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的はランプの光量低下が発生しても、測定に必要な光量を確保し、測定を続けることのできる線幅測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は、ランプからの光を測定対象に照射し、その撮像結果に基づいて前記測定対象の線幅を測定する線幅測定装置であって、前記測定対象の撮像のための光路に設けられ、前記ランプからの光を反射する光反射手段と、前記光反射手段による反射光の光量に応じて前記ランプから前記測定対象に照射される光の光量を制御する光量制御手段とを含むことを特徴とする線幅測定装置を提供する。光反射手段である反射鏡などを光路に装備し、ＣＣＴＶカメラなどの映像信号を利用して、ランプの光量低下量を測定し、線幅測定に必要な光量が得られるように照明装置の光量を制御することにより、線幅測定に必要な光量を確保し、線幅測定を適切に継続できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、測定対象の撮像のための光路に設けられた光反射手段による反射光の光量を測定することで低下した量を把握し、低下した分だけ絞り板の透過率を上げることで、ランプの光量低下が発生しても、線幅測定に必要な光量を確保し、線幅測定を安定して続けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態に係る線幅測定装置の構成例を示す図である。
【図２】図１の線幅測定装置のより具体的な構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る線幅測定装置において用いられる光量調整方法を示すフローチャートである。
【図４】絞り板指令値と透過率との関係を示す図である。
【図５】補正テーブルの構成例を示す図である。
【図６】一般的な線幅測定装置の構成を示す図である。
【図７】反射光を利用して測定試料の線幅を測定する原理を説明するための図である。
【図８】反射光及び透過光を利用して測定試料の線幅を測定する原理を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において参照する各図では、他の図と同等部分は同一符号によって示されている。
【００２５】
図１は、本発明の実施形態による線幅測定装置の構成例を示す図である。同図を参照すると、本例の線幅測定装置では、レボルバ５の対物レンズの位置に、反射鏡１５が設けられている。この反射鏡１５による反射光の光量を測定し、反射照明光源ユニット１２から測定試料に対して照射される光量を制御する。
【００２６】
つまり本装置では、ランプからの光を測定対象に照射し、その撮像結果に基づいて測定対象の線幅を測定する線幅測定装置において、測定対象の撮像のための光路に、ランプからの光を反射する光反射手段を設け、それによる反射光の光量に応じてランプから測定対象に照射される光の光量を制御する。
【００２７】
反射照明光源ユニット１２内のランプ１４から放出される光の経路について説明する。ランプ１４から放出される光１００は、絞り板１３、ライトガイド７、投光管４を順に通り、投光管４内のハーフミラーにより反射され反射鏡１５に当たる。その光は、反射鏡１５により反射される。この反射鏡１５による反射光１０１は、投光管４、直筒３、自動調光アダプタ２、の経路を経てＣＣＴＶカメラ１に届く。ＣＣＴＶカメラ１の映像信号のレベルは、光の量に相当するものである。ここで、例えば、ランプ１４の照度が、３０％低下すれば、映像信号のレベルも３０％下がる。したがって、映像信号のレベルを画像処理ユニット１０で測定すれば、ランプ１４の照度が何％低下したのか把握することができる。そして、ランプ１４の照度低下量に応じて、絞り板１３の透過率を上げれば、反射照明光源ユニット１２から照射される光量を一定に保つことができる。
【００２８】
例えば、測定した結果、光量の低下が３０％であれば、初期照度で透過率が４０％必要であるとすると、絞り板１３の透過率を約５７％（＝４０×１００／（１００−３０））に設定すればランプ初期照度の４０％と同じ明るさを得ることができる。よって、ランプの光量を測定することで低下した量を把握し、低下した分だけ絞り板の透過率を上げることで、安定した線幅測定が可能となる。つまり、照度の測定結果に応じて  絞り板による光透過量を制御することによって、測定試料に対する照度を一定に保つことができる。
【００２９】
以上のように、光反射手段である反射鏡などを光路に装備し、ＣＣＴＶカメラなどの映像信号を利用して、ランプの光量低下量を測定し、線幅測定に必要な光量が得られるよう照明装置の光量を制御することにより、線幅測定に必要な光量を確保し、適切な測定を継続できる。
【００３０】
なお、本装置では、測定対象の線幅の測定に用いる撮像素子を、反射鏡による反射光の光量の測定にも用いている。もともと設けられている撮像素子を用いることにより、反射光の光量測定用の素子を新たに追加する必要がない。
【実施例】
【００３１】
以下、本発明の一実施例について、図２を参照して説明する。同図において、本装置では、レボルバ５を制御することによって、光路に、対物レンズ６の代わりに、反射鏡１５をセットすることができる。つまり、測定対象である試料９に近接し、その線幅を測定するために用いられる対物レンズ６の位置に、反射鏡１５を設けることができる。対物レンズ６の位置に、反射鏡１５を設け、その反射光を測定すれば、ランプ１４の照度がどの程度低下したのか把握することができる。そして、ランプ１４の照度低下量に応じて、絞り板１３の透過率を上げることにより、反射照明光源ユニット１２から照射される光量を一定に保つことができる。
【００３２】
（光量調整方法）
ここで、図３をも参照して、本装置に採用されている、光量調整方法について説明する。同図において、まず、ランプ１４の照度低下量を測定するため、レボルバ５を制御することにより、測定対象の撮像のための光路に反射鏡１５が入るようにセットする（ステップＳ３０１）。
【００３３】
次に、反射鏡１５による反射光による、ＣＣＴＶカメラ１の映像信号レベルに基づき、現在使用しているランプ１４の照度低下量を測定する（ステップＳ３０２）。そして、対物レンズ６により集光した光が試料９にダメージを与えないための絞り板１３の透過率と今回測定したランプ１４の照度低下量とを比較計算することにより、現在のランプ状態に適合する透過率を計算し、その透過率に応じて絞り板１３による光透過率を制御する（ステップＳ３０３）。この一連の動作により、線幅測定に必要な光量を確保できる。
【００３４】
その後、レボルバ５を制御し、測定対象の撮像のための光路に対物レンズ６が入るようにセットする（ステップＳ３０４）。これにより、照度を一定に保ちつつ、線幅測定することが可能となる（ステップＳ３０５）。
【００３５】
以後、上記の各ステップが繰返し行われる。ただし、ランプの光量低下が５％程度であれば線幅測定が行えるため、照度低下量の測定および光量の調整は、常時行う必要は無く、ある程度の間隔で行えば良い。
【００３６】
（絞り板指令値と透過率との関係）
画像処理ユニット１０は、デジタル信号により反射照明光源ユニット１２の絞り板１３を制御する。このデジタル信号は、例えば７ｂｉｔであり、「０」と「１」との組合せにより「０」から「１２７」までの１２８段階の指令値が画像処理ユニット１０から送出可能である。
【００３７】
反射照明光源ユニット１２は、この「０」から「１２７」までの１２８段階の指令値に応じて絞り板１３を制御する。絞り板指令値と透過率との関係は、例えば、図４のようになる。図４において、グラフの横軸が絞り板指令値で、縦軸が透過率である。
【００３８】
図４を参照すると、例えば、画像処理ユニット１０から与えた指令値が「７１」である場合、反射照明光源ユニット１２の透過率は、グラフから２１％（指令値「１２７」を１００％とした場合）となる。グラフから分かるように、絞り板指令値と透過率との関係に規則性はないので、照度の低下量を測定できても、低下分を補うために透過率を上げるための絞り板指令値を求めるには、単純計算で求めることができない。例えば、透過率を５７％にする場合、図４のグラフを参照すると、絞り板指令値は、「１１５」となる。
【００３９】
このように、絞り板指令値と透過率との関係に規則性が無いため、図４に示されている、絞り板指令値と透過率との関係を画像処理ユニット１０に補正テーブルとして予め登録しておき、この補正テーブルに基づいて、設定すべき透過率から絞り板指令値を算出する。この補正テーブルは、例えば、図５のようになる。この登録されている補正テーブルの情報を参照することによって、反射照明光源ユニット１２内の絞り板１３が制御されることになる。
【００４０】
（まとめ）
以上のように本装置では、光路に設けた反射鏡よる反射光の光量に応じてランプから測定対象に照射される光の光量を制御する。つまり、ランプの光量を測定することで低下した量を把握し、低下した分だけ絞り板の透過率を上げることで、安定した線幅測定が可能となる。つまり、照度の測定結果に応じて絞り板による光透過量を制御することによって、測定試料に対する照度を一定に保つことができる。これにより、ランプの光量低下が発生しても、線幅測定に必要な光量を確保し、測定を良好に続けることができる。
【００４１】
また、本装置では、画像処理ユニット内に照明装置の照度特性を補正テーブルとして記憶しておき、その情報を利用して、測定に必要な光量が得られるよう照明装置の光量を制御する。これにより、ランプの光量低下が発生しても、線幅測定に必要な光量を適切に保ち、測定を良好に続けることができる。
【００４２】
（請求項に関する付記）
本発明については、請求項の記載に関して、以下の態様が考えられる。
【００４３】
（請求項２）
前記光量制御手段は、前記ランプからの光の透過率を変化可能な絞り板を含み、前記反射光の光量の測定結果に応じて前記透過率を変化させることを特徴とする請求項１に記載の線幅測定装置。反射光の光量の測定結果に応じて絞り板を制御し、低下した分だけ絞り板の透過率を上げることで、ランプの光量低下が発生しても、線幅測定に必要な光量を確保し、線幅測定を安定して続けることができる。
【００４４】
（請求項３）
前記光量制御手段は、前記光量と前記透過率との対応関係に関する補正テーブルを含み、前記測定結果による光量に基づいて前記補正テーブルを参照して得られる透過率に応じて前記絞り板を制御することを特徴とする請求項２に記載の線幅測定装置。補正テーブルを用いることにより、絞り板指令値と透過率との関係に規則性が無い場合でも、照明装置の光量を適切に制御できる。
【００４５】
（請求項４）
前記測定結果による光量の低下に応じて前記透過率を上昇させることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の線幅測定装置。ランプの光量低下量を測定し、線幅測定に必要な光量が得られるように照明装置の光量を制御することにより、線幅測定に必要な光量を確保し、線幅測定を適切に継続できる。
【００４６】
（請求項５）
前記光反射手段は、前記測定対象に近接する対物レンズの位置に設けられた反射鏡であることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の線幅測定装置。測定対象の撮像のための光路に反射鏡を設けることにより、ランプの光量低下量を容易に測定できる。
【００４７】
（請求項６）
前記測定対象の線幅の測定に用いる撮像素子を、前記光反射手段による反射光の光量の測定にも用いることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の線幅測定装置。もともと設けられている撮像素子を用いることにより、反射光の光量測定用の素子を追加する必要がない。
【００４８】
（請求項７）
ランプからの光を測定対象に照射し、撮影して得られる映像に基づいて測定対象の線幅を測定する線幅測定装置における光量調整方法であって、前記測定対象に近接する対物レンズの位置に光反射手段をセットするステップと、セットされた前記光反射手段に照射された光の反射光の光量を測定するステップと、前記反射光の光量の測定結果に応じて前記ランプから前記測定対象に照射される光の光量を制御するステップとを含むことを特徴とする光量調整方法。測定対象の撮像のための光路に設けられた光反射手段による反射光の光量を測定することで低下した量を把握し、低下した分だけ絞り板の透過率を上げることで、ランプの光量低下が発生しても、線幅測定に必要な光量を確保し、線幅測定を安定して続けることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は液晶線幅測定装置の反射照明に用いられる照明ランプが消耗した際に、測定に必要な光量を確保する場合に利用できる。
【符号の説明】
【００５０】
１  ＣＣＴＶカメラ
２  自動調光アダプタ
３  直筒
４  投光管
５  レボルバ
６  対物レンズ
７  ライトガイド
８  試料台
９  試料
１０  画像処理ユニット
１１  モニタ
１２  反射照明光源ユニット
１３  絞り板
１４  ランプ
１５  反射鏡
【図１】
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【図２】
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【図３】
2010190843.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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